快速获取土壤含水率(SMC)和土壤有机质(SOM)含量对于盐碱农田土壤的改良利用至关重要.本研究基于河套平原农田土壤野外高光谱反射率和土壤属性实测数据,对原始光谱反射率(Ref)进行标准正态变量(SNV)转换后,采用竞争性自适应重加权采样算法(CARS)筛选敏感波段,然后分别以Ref、Ref-SNV和Ref-SNV+土壤协变量(SC)及数字高程模型(DEM)作为建模输入变量的策略Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,基于随机森林(RF)和轻梯度提升机(LightGBM)建立SMC和SOM估算模型,并对模型精度进行验证和对比.结果表明:经CARS筛选后,SMC和SOM敏感波段压缩至全波段的3.3％以下,有效优化波段选择,减少了冗余光谱信息.与LightGBM模型相比,RF模型在SMC和SOM估算中精度更高,输入变量策略Ⅲ优于Ⅱ和Ⅰ,辅助变量的引入有效提升了模型的估算能力.综合分析,基于策略Ⅲ-RF的SMC估算模型验证决定系数(Rp2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.63、3.16和2.01,基于策略Ⅲ-RF的SOM估算模型Rp2、RMSE和RPD分别为0.93、1.15和3.52,策略Ⅲ-RF模型是估算土壤水分和土壤有机质的有效方法.研究结论可为盐碱农田土壤水分和有机质含量快速估算提供新方法.

盐碱地是边际土壤的主要类型之一,利用边际土地耕作是减缓耕地紧缺的有效途径.为筛选耐盐性较强的大豆种质资源,提高盐碱土地大豆产量,本研究对392份来自国内外不同地域的大豆种质资源,采用150mmol/LNaCl进行苗期盐胁迫处理,采用单株分类记载法进行苗期耐盐性鉴定,并利用10个与耐盐基因连锁的SSR标记对高耐及耐盐等级大豆种质资源进行分子辅助鉴定及遗传多样性分析,应用相似性系数分析、聚类分析等方法对高耐及耐盐等级大豆种质资源进行综合评价.结果表明:筛选出58份高耐及耐盐大豆种质资源,包括赤豆1号、东农69等高耐大豆种质资源14份,黑农51、黑河35等耐盐大豆种质资源44份;58份耐盐大豆种质资源分子辅助鉴定表明,绥农1号、合丰50和东大2号携带耐盐等位变异最多,均为6个,标记平均鉴定效率为43.45％,平均准确率为68.46％,其中分子标记Satt201的鉴定效率和鉴定准确率最高,分别为60.34％和96.55％;聚类分析表明,58份大豆种质资源间的相似性系数在0.5385～0.9231之间,平均值为0.6974,相关系数为0.6240,说明58份大豆种质资源大部分遗传关系较近,遗传多样性较低,58份耐盐大豆种质资源并未按地域进行聚类,但一个类群或亚群中大部分种质资源来源地在地理位置上相同或较为接近,可从中筛选亲缘关系较远的大豆种质资源作为亲本,用于培育耐盐大豆新品种奠定遗传基础.

[目的]土壤盐碱化严重影响着草料兼用牧草湖南稷子的正常生长发育和产量.探讨表油菜素内酯(EBR)对湖南稷子耐盐性的调控作用及其机制,可为其应用于牧草生产提供理论依据.[方法]以'宁稷1号'品种幼苗为材料,在筛选适宜盐胁迫浓度的基础上,设置对照、盐(150 mmol/L NaCl)和不同浓度(1,10,100 μg/L)EBR单独及复合处理,采用水培试验考察各处理幼苗生长、抗逆生理、光合作用、离子稳态、编码盐过敏(SOS)信号转导途径及抗氧化酶相关基因表达量的变化.[结果]与对照相比,单独盐胁迫幼苗生长(株高、根长、生物量等)受到抑制,叶片光合作用指标[叶绿素含量及PSⅡ实际光合速率[Y(Ⅱ)]、PSⅡ最大光化学效率(Fv'/Fm')、电子转移速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)等]、渗透调节物质(脯氨酸、可溶性蛋白)含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性降低,根系K+、Ca2+和Mg2+含量减少,而Na+含量增加,叶片活性氧(超氧阴离子、过氧化氢)含量、细胞膜透性(丙二醛含量、相对电导率)提高,叶片相关基因表达量显著下调.单独EBR处理对以上指标大多无显著影响.喷施不同浓度EBR均能有效缓解盐胁迫幼苗上述指标的不利变化,并以10 μg/L EBR处理效果最佳.[结论]叶面喷施EBR能上调盐胁迫下湖南稷子幼苗叶片SOS信号转导途径和抗氧化酶相关基因的表达量,增强抗氧化和渗透调节能力,维持根系离子稳态平衡,保护其光合作用和正常生长,提高其耐盐性.

[目的]探究产胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)菌株在促进盐碱土中植物生长,改善土壤性能等方面的影响,为研制适用于盐碱土壤修复的微生物菌剂奠定基础.[方法]从新疆喀什地区盐碱草地根际土壤中筛选产胞外多糖菌株,基于 16S rRNA基因序列比对及系统发育分析对产胞外多糖菌株进行种属鉴定,采用单因素和响应面法优化最高产菌株的培养基组分,通过接种试验评估其对盐碱土栽培植物的促生效果及土壤团聚体的影响.[结果]共筛选出 19 株具有产胞外多糖能力的菌株,隶属于7 个菌属,以假单胞菌属(Pseudomonas)占绝对优势.菌株产糖量介于 236-1 544 mg/L,尤以泛菌属Pantoea MQ A0 产糖量最高,且兼具固氮、产吲哚乙酸(IAA)和铁载体、解磷等功能.MQ A0 的最适产糖发酵培养基为甘油 12.5 mL/L,蛋白胨 9.0 g/L,酵母粉 5.5 g/L,CaCO3 5.1 g/L,在此条件下菌株产糖量达 2 436 mg/L,较优化前增加 57.8%.接种MQ A0 发酵液使盐碱土栽培的玉米株高、鲜重、茎粗、须根数和总根长分别提高 41.2%、203.0%、42.7%、30.4%和 99.7%;粗多糖提取液对土壤团聚体的形成也有显著促进作用(P<0.05).[结论]高产胞外多糖菌株MQ A0 兼具多种促生特性,在促进盐碱土中植物生长和土壤改良方面效果显著.

为探究不同土地利用类型盐碱土无机磷组分特征及其影响因素,以华北地区典型盐碱地为供试土壤,分析辣椒地、轻度盐碱玉米地、重度盐碱玉米地、向 日葵地、羊草地、虎尾草地、碱蓬草地和裸地共8种土地利用类型土壤无机磷组分的差异特征.结果表明:盐碱土壤无机磷组分中Ca10-P所占比例最高,其他磷组分含量依次表现为Ca8-P＞Al-P＞O-P＞Fe-P＞Ca2-P.冗余分析和相关性分析结果表明,Ca2-P和Ca8-P与土壤pH、电导率、钠吸附比呈显著负相关(P＜0.05),与速效磷、速效氮、速效钾呈显著正相关(P＜0.05),土壤理化因子共解释了 36.03％无机磷组分特征.因此,盐碱土中Ca2-P、Ca8-P是土壤磷有效性的关键组分,且主要受到pH、电导率和钠吸附比影响.根据8种土地利用类型土壤磷组分差异和理化性质,辣椒和向 日葵可分别作为轻度和重度盐碱地改良利用的首选农作物,羊草可作为盐碱地生态修复的草地物种.此外,可以通过改善盐碱地土壤pH、电导率、钠吸附比、有机质等理化性质来提高土壤磷有效性.

土壤盐渍化是影响作物生长发育和产量的主要环境因素,利用土壤有益微生物治理盐渍化土壤是盐碱地改良的有效途径.本实验室前期从盐渍化土壤中筛选到两株耐盐菌株氧化微杆菌(Microbacterium oxydans)C8 和嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)B4.菌株C8 具有解钾、溶有机磷和无机磷及产生长素的能力,菌株B4 具有溶有机磷和产生长素的功能.本文研究了C8 和B4 混合发酵对其功能的影响,结果表明,C8 和B4 混合培养后,其解钾、溶磷及产生长素的能力显著高于单一菌株.利用正交试验和响应面优化试验对其混合发酵培养基和培养条件进行优化,C8 和B4 混合发酵最适培养基配方为:葡萄糖 10 g/L,酵母膏 10 g/L,NaCl 4.5 g/L;最适培养条件为:pH 7.4,温度 28.8℃,转速 129 r/min,接种量 2%,装瓶量 20%,培养时间 23 h.以烟草为材料,检测复合菌剂对植株生长的作用,结果显示,盐胁迫下C8 和B4 复合菌剂处理显著促进植株生长.

精准诊断盐碱农田水盐信息有助于保护耕地面积、长效提升土壤地力.本研究基于无人机高光谱数据提取田块尺度植被冠层光谱信息,利用标准正态变量(SNV)、多元散射校正(MSC)、一阶微分(FDR)和二阶微分(SDR)分别对原始光谱反射率(R)进行数学变换,通过最大相关系数绝对值(MACC)确定土壤含水量(SWC)、pH值和含盐量(SSC)的最优光谱变换形式,并采用竞争性自适应重加权采样法(CARS)对其进行特征波段提取,基于偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和极端梯度提升(XGBoost)建立土壤水盐信息反演模型.结果表明:土壤含水量、pH值和含盐量分别以R、FDR和MSC为最佳光谱变换形式,所对应的MACC分别为0.730、0.472和0.654o CARS算法能有效剔除无关变量,从150个光谱波段中优选出16～17个特征波段.土壤含水量和pH值均以XGBoost模型表现最佳,模型验证决定系数(Rp2)分别达0.927和0.743,相对分析误差(RPD)分别达3.93和2.45;土壤含盐量以RF模型为最优反演方法,Rp2和RPD分别为0.427和1.64.本研究结果可为土壤水盐信息空天地一体化遥感监测提供参考方案,为盐碱地改良和保护性耕作提供科学依据.

生物炭在土壤培肥改良中的应用有助于农业可持续发展和碳中和目标的实现.为更好地了解生物炭对滨海盐碱土氮素转化和N2O排放的影响及其潜在机制,本研究按等氮原则,以仅添加硫酸铵(N 150 mg·kg-1,下同)为对照,设置5个处理,即硫酸铵+0.4％生物炭处理(W/W,下同)、硫酸铵+0.6％生物炭处理、硫酸铵+0.8％生物炭处理、硫酸铵+1.6％生物炭处理、硫酸铵+0.2％生物炭+0.2％有机肥处理,进行室内培养试验(60d).结果表明:生物炭对土壤氮素转化的影响主要在培养前期,与对照相比,添加生物炭显著增加了滨海盐碱土的硝态氮和铵态氮含量;生物炭显著提高了土壤净硝化速率,且净硝化速率随生物炭添加量的增加而减小;各处理土壤N2O排放的动态变化趋势基本一致,且主要集中在培养前30 d;与对照相比,生物炭添加显著降低了 N2O累积排放量,且降幅随添加量的增加而增大.可见,不同添加量生物炭与氮肥配施对土壤氮转化速率和N2O排放的影响不同,其中,0.8％生物炭处理不仅能显著提高土壤无机氮含量,而且能有效降低土壤N2O排放,可作为生物炭改良与培肥滨海盐碱土的最佳剂量.

以蒸馏水为对照,探究不同浓度不同比例的盐碱混合溶液对红花幼苗生理特性的影响.结果表明:在盐碱溶液处理下,红花叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素以及丙二醛的含量均发生不同程度的变化;可溶性糖和脯氨酸的含量均高于对照;超氧化物歧化酶活性部分高于对照,部分低于对照,而过氧化物酶活性均低于对照.根系活力除胁迫为NaCl∶NaHCO3 = 1∶1,0.3 mol/L时低于对照,其余均高于对照.因此,在盐碱地栽培红花时,要根据土壤的盐碱浓度范围,选择适宜红花品种,才能为优质高产打下基础.

物种的遗传特征和外在环境条件的差异共同决定了植物功能性状的表达,植物功能性状可以反映物种对环境条件的适应策略.采用大样本抽样调查与统计分析方法,比较研究扎龙湿地 4 种生境(盐碱生境、旱生生境、湿生生境和水生生境)芦苇分株和叶功能性状,分析不同生境芦苇功能性状的分异规律及其对土壤因子的响应.结果表明:(1)不同生境芦苇功能性状均表现出中等程度变异.其中分株和叶性状均以盐碱生境最低(P＜0.05),分株及除叶面积和比叶面积以外的叶性状均以水生生境最高;株高和株重在种群内的变异系数为 15.96%—48.61%和 38.65%—87.82%,种群间的变异系数为 46.58%和66.39%;叶性状在种群内的变异系数为 13.21%—72.37%,种群间的变异系数为 26.46%—57.03%;(2)不同生境芦苇功能性状间存在协同变化特征.芦苇的株高、株重、叶长、叶宽、叶面积和叶重之间均呈极显著正相关关系(P＜0.01),比叶面积与其他性状的相关性因生境不同存在一定变化;(3)不同生境芦苇的原位土壤因子表现出异质性特征,芦苇功能性状的变异是含水量、pH、有机质和速效氮等土壤因子综合作用的结果.其中含水量、有机质和速效氮为正向驱动,而pH为负向驱动.因此,芦苇通过自我调节功能性状更好地适应不同的生存环境,局域尺度不同生境的土壤因子是引起芦苇功能性状产生分异的导因.